digestion

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DIGESTION
PHASE CEPHALIQUE:
La SALIVE
Composition de la salive
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mucines
Proline-rich proteines
Amylase
Lipase
Peroxidase
Lysozyme
Lactoferrine
IgA
Histatines
Statherine
glucides, hormones stéroides, amino-acides, ammoniac, urée
Multifunctionalité
Amylases, Cystatines,
Carbonic anhydrases,
Histatines, Mucines,
Histatines
AntiPeroxidases
Tampon
Bacterial
Amylases,
Cystatines,
Mucines, Lipase
AntiMucines
Digestion
Viral
Functions
salivaires
MineralAntiisation
Fungal
Histatines
Cystatines,
LubrificatTissue ion &Visco- Histatines, Protéines
Amylases,
riches en Proline,
Coating elasticity
Cystatines, Mucines,
Statherines
Protéines riches en proline,
Mucines, Statherines
Statherines
Mucines
• Lubrication
• Glycoproteines - proteine core avec chaines
d‘oligosaccharides (liaison O-glycosidique)
• > 40% of carbohydrates
• Hydrophile, (resistant à déhydration)
• propriétés rhéologiques uniques (e.g., haute
élasticité, adhesivité, and faible solubilité)
• 2 mucines majeures (MG1 and MG2)
Amylases
• Métalloenzymes à Ca2+
• Hydrolysent liaisons α(1-4) de l’amidon
(amylose et amylopectines)
• plusieurs isoenzymes salivaires
• Maltose : produit principal (20% = glucose)
• 30% des protéines de la salive
• function digestive - inactivées dans l‘estomac
• forment des disaccharides
• Fonction dans l’adhérence bactérienne ?
Lipase linguale
•
•
•
•
Secreté par les glandes linguales et la parotide
Rôle dans la 1ère phase de digestion des graisses
Hydrolyse triglycérides (AG de chaines moyennes et longues)
Importante pour digestion de graisses de lait chez
le nouveau-né
• Très hydrophobe : pénètre dans les globules de
graisse alimentaire
Statherines
• Calcium phosphate de l’émail dentaire est soluble dans des
conditions de pH de force ionique définies
• Supersaturation de calcium phosphates maintient l’integrité
de l’émail
• Statherines previenent precipitation ou crystallisation de
calcium phosphate supersaturé dans la salive
• Produits par cellules acinaires des glandes salivaires
• Lubrifiant efficace
Protéines riches en Proline
(PRPs)
• 40% AA = proline
• Inhibiteurs de croissance de cristaux de
calcium phosphate
• Part de pellicula dentis
• Subdivisées en 3 groups
– Acides 45%
– Basiques 30%
– Glycosylés 25%
Lysozyme (muramidase)
• Présent dans plusieurs organes et dans les
liquides corporels
• hydrolyse liaisons β(1-4) entre acide Nacetylmuramique et N-acetylglucosamine
(peptidoglycanes de bacteries)
– bacteries gram-negatives généralement plus
resistantes que gram-positives
Histatines
• Groupe de protéines riches en histidine• Puissants inhibiteurs de Candida albicans
Cystatines
• inhibiteurs de cysteine-proteases
• ubiquitaires dans les fluides corporels
• Protègent contre une protéolyse non souhaitée
– protéases bacteriennes
– Leukocytes lysés
• Inhibiteurs de protéases dans le tissu périodontal
• effet sur la précipitation de calcium phosphate
Peroxidases salivaires
• Sialoperoxidase (SP, salivary peroxidase)
– Produites dans cellules acinaires des glandes
parotides
– presentes dans salive submandibulaire
– adsorbées par :
• email, sediment salivaires, bacteries, plaque dentaire
• Myeloperoxidase (MP)
– de leukocytes via cavité gingivale
– 15-20% de peroxidase totale dans la saliva
DIGESTION
ESTOMAC
Regulation de
l’activité gastrique
Phases de la Sécrétion Gastrique
Phase Cephalique
Phase Gastrique
de Secretion gastrique
de Secretion
(initiéé par le cerveau)
(initiée par des évènements
gastriques)
vagus
nerve
vagus
nerve
ALIMENTS
HCl
HCl
Distension
Peptides
circulation
G
G
gastrin
circulation
gastrin
Phase céphalique
Vue, odeur, goût. +
mastication
reflexe conditionné de
déglutition
Bombesin
+
Vagal nucleus
-
Acetylcholine
Somatostatin
cell
gastrin
+
+
- Somatostatin
G-cell
Oxyntic
cell
H+
Phase gastrique
Distention
de l’estomac
local
reflex
Vagovagal
reflex
Digestion
de protéines
Peptides
Amino
acids
acetylcholine
bombesin
gastrin
acetylcholine
H+
Factors Regulating Acid Secretion
Processus de Transport dans les cellules
Parietales pour la sécrétion de HCl
1. Proton pump
(H+/K+ATPase)
2. K+channel
3. Cl- channel
4. Sodium pump
5. Cl-/HCO3- exchanger
Apical
1.
*
H2CO3
2. 3.
Tubulovesicular
system
Carbonic
anhydrase
H2O + CO2
K+ Cl-
H+
Cl-
5.
4.
2.
K+
HCO3- + H+
Basolateral
HCO3- Na+
K+
CONTROL de SECRETION ACIDE
ECL cell
+
Gland lumen
histamine
H+
Parietal
cell
GASTRIN
Ach
+
+
-
Chief cell
D-cell
somatostatin
noradrenaline,
+
CCK, VIP & CGRP
Control de la Fonction de cellules G
Protein/peptides/
amino acids
+
G-cell
Stomach
(antrum)
lumen
H+
+
D-cell
Gastrin
releasing
peptide
(GRP)
+
GASTRIN
somatostatin
Stomach body
(corpus):
circulation
ECL cell/
parietal cell
HOW IT WORKS AT THE RECEPTOR LEVEL
Combined neurocrine, endocrine and paracrine
events in the activation of gastric HCl secretion
Acetylcholine
neural input
neurocrine
ACh
receptor
PARIETAL cell
histamine
receptor
H/K
P
ECL cell
transductionactivation events
histaminesecreting cell
H/K
P
HCl
secretion
gastrin
receptor
Gastrin
hormonal input
endocrine
paracrine
release of
histamine
circulation
G cell
ECL cell =
enterochromaffin-like cell
G cell =
gastrin-secreting cell
Turning the G-cell
On and Off
vagus
nerve
ACh
gastric
mucosa
ACh
ACh
-
GRP
cell
(Gastrin)
SS
+
H+
+
G
D
(Somatostatin)
Gastric Lumen
GRP
neuron
cholinergic
neuron
cell
+
digested
protein
Gastric Lumen
Circulating
Gastrin
Régulation de G-cell On & Off
vagus
nerve
ACh
gastric
mucosa
ACh
GRP
ACh
D
(Somatostatin)
cell
SS
+
Gastric Lumen
GRP
neuron
cholinergic
neuron
H+
Circulating
Gastrin
+
G
(Gastrin)
cell
+
digested
protein
SS = somatostatin
Integration de la Sécrétion gastrique
G.I. HORMONES
Gastrin (17 AA)
Cholecystokinin (CCK (33 AA))
Structure de Secretine (27 AA)
(comparison avec d’autres hormones GI)
Phase Intestinale de la Fonction gastrique
Integration duodenale & Contrôle
Gall bladder
Sphincter of Oddi
Zymogènes
• cellules acinaires contiennent les enzymes digestifs
stoqués dans des vésicules sous forme de zymogen
• Empêchent l’autodigestion du pancreas
• Enterokinase (liée à la bordure en brosse des
enterocytes) convertit le trypsinogène en trypsine
• Trypsine convertit les autres zymogènes en leur
formes actives
Duodenum
Contrôle de la Fonction
Pancreatique
•
secretion de Bicarbonate stimulatée par secretin
•
Secretin libéré en response à l’acidité du duodenum
•
secretion de Zymogène stimulatée par cholecystokinin
(CCK)
•
CCK libéré en response aux graisses/acides aminés dans
duodenum
•
Aussi sous control neural (vagal/local reflexes) stimulé par l’arrivée d’aliments dans duodenum
Contrôle de la Fonction Pancreatique
Résumé des Actions de Secretin & CCK
-
Secretin
Cholecystokinin
Acid dans duodenum
Å
Secretin
Å
” Secretion Gastric acid
Graisses/Acides aminés duodenum
Å
CCK
Å
” Vidange Gastrique
” Vidange Gastric
’ Secretion d’Enzyme Pancreatic
’ Secretion Duodenal HCO3
Contraction Vésicule biliaire
’ Secretion Pancreatic HCO3 Relaxation de Sphincter de Oddi
’ Secretion Bile duct HCO3
Neutralisation
Digestion
Digestion des protéines
• protéines dans les aliments
– 0,5 à 0,7 g/jour/kg de poids
– complètement digérées et absorbées ( *jéjunum)
• protéines endogènes
– 10 à 30 g de protéines provenant des sécrétions
gastrointestinales et de l ’exfoliation de cellules
épithéliales
– digérées et absorbées
• Protéines dans les selles:origine du colon
Digestion des protéines
–Estomac: secrétion de pepsinogène
• la pepsine provenant du pepsinogène digère
environ 15 % des protéines ingérées
– l’absence de pepsine gastrique n’entrave pas la digestion
des protéines.
– Elles seront digérées par les protéases pancréatiques au
niveau du duodénum et du petit intestin
Protéines Digestion/Absorption
Proteines (polymères d’ amino acids liés par des liaisons peptidiques)
(Proteases)
pepsin (cleaves between aromatic & COOH)
trypsin (cleaves at basic AA’s, e.g., lysine & arginine)
chymotrypsin (aromatic AA’s)
carboxypeptidase (C-terminal protease)
Peptides
dipeptidases &
oligopeptidases
Intestinal surface
enzymes
Peptides and Amino Acids
DIGESTION
INTESTIN
Intestinal Phase
Protein
Digestion
products
Intestinal
G Cell
Gastrin
Intestinal
Endocrine
Cell
Enterooxyntin
Absorbed amino acids
H+
GI Hormones
Hormone
Action
Release site
Secretion stimulus
Antrum
Peptides, AA
Distention
Vagal activity
Gastrin
Gastric acid secretion
Growth of oxyntic gland
mucosa
CCK
Gall Bladder contraction
Pancreatic juice secretion
enzyme
bicarbonate
Pancreatic exocirne growth
Duodenum
Jejunum
Secretin
Pepsin secretion
Pancreatic juice secretion
enzymes
bicarbonate
Pancreatic exocirne growth
Duodenum
GIP
Insulin secretion
Gastric acid secretion
Duodenum
Jejunum
duodenum
Peptides, AA
Fatty acids>8C
Acid
Acid
fat
Glucose, AA
Fatty acids
Duodenal Response to Acidity
Regulation by Secretin
liver
+
HCO33
N
aH
gall
bladder
NaCl
+ H2O
nn
i
i
t
t
ee
r
r
cc
e
e
SS
N
aH
+
-
⇓HCl
⇓motility
HCl
C
O
3
HCl + NaHCO3
C
O3
+ HCl
NaCl + CO2 + H2O
p.294
Duodenal Response to Food
Regulation by CCK (Cholecystokinin)
liver
⇑ Bile
gall
bladder
+
+
- ⇓HCl
K
C
C
fat &
protein
digestion
bile &
enzymes
fats &
peptides
FOOD
Digestion des protéines
– Duodénum et intestin grêle
• protéases pancréatiques
– trypsine, chymotrypsine , carboxypeptidase A et B et
élastase
– ces enzymes sont sous forme de proenzymes
– entéropeptidase, sécrété par la muqueuse du duodénum et
du jéjunum, convertit la trypsinogène en trypsine
– trypsine convertit le trypsinogène et autres protéases
• 50 % des protéines sont digérées et absorbées dans le
duodénum par l’action des protéases
Digestion des protéines
• peptidases de la bordure en brosse
• principalement au jéjunum proximal
– transforme les peptides produits par les protéases
pancréatiques en oligosaccharides et acides aminés
– cible principal: peptides de 4 AA et plus (tétrapeptides)
– aminopeptidases, dipeptidases, dipeptidyl aminopeptidases
• peptidases dans le cytosol des cellules épithéliales
– en quantité plus importante que les peptidases de la bordure
– cible principal: dipeptides et tripeptides
» ⇒ acides aminés et quelques dipeptides
Digestion des protéines
• Absorption des produits de la digestion des
protéines
– Protéines et gros peptides : peu absorbés
– Petits peptides
• dipeptides et tripeptides absorbés par un système de
transport actif (alimenté par un différentiel
électrochimique de H+)
– spécificité
– affinité élevée
– jéjunum i iléon
• transport possible dans le sang par un transporteur
(membrane basolatéral)
Digestion des protéines
– Acides aminés
• Diffusion simple et transport actif dans la bordure en
brosse de la membane et par un autre système du
côté basolatéral
– différents systèmes
– iléon i léjunum
p.306
Amino Acid et
Transport de Peptides
1. Na+-driven transport.
2. H+-driven transport.
3. Pinocytosis?
generalement pas une
voie importante
Zymogènes
Les enzymes hydrolytiques sont synthesisés en precurseurs inactifs
Le suffixe “ogen”, ou le prefixe “pro” et “prepro” designent un precurseur
L’activation requière un clivage protéolytique pour enlever un
peptide bloquant le site actif
Trypsin
COOH
S-S
S-S
COOH
S-S
Chymotrypsinogen
(inactif)
S-S
π-chymotrypsin
(actif)
Chymotrypsin
COOH
S-S
S-S
α-chymotrypsin
(actif)
Chymotrypsin
•
•
•
•
Protease
Hydrolyse à un AA aromatique
Augmente activité 109-X
Forme intérmédiaire covalent
acyl-enzyme
– ester linkage b/w substrate C=O
& enzyme
– 2 phases de reaction
Structure de la Chymotrypsine
• AA Site Actif : Ser 185, His 57, Asp 102
• L’enzyme actif contient 3 chaînes peptidiques
Site actif
• Ser OH attaque
C=O du substrat
• O– charge est
stablisé par group
N-H dans
l’“oxyanion”
PDB 3BTK
Le site actif de chaque
serine protease comprend
un serine residue, un
histidine residue, & un
aspartate residue.
Asp102
His57
Ser195
Catalytic residues in trypsin
Durant l’attaque par l’hydroxyle de la serine, un proton
est transferré de l’hydroxyle de serine sur le noyau
imidazole de l’histidine, du fait que le groupe carboxyl
de l’aspartate forme une liaison H-avec l’histidine.
Triade catalytique de la Chymotrypsine
O
C
CH
CH2
Aspartate
O=C
HN
HN
N:
Attacking Group
on Serine
O:
CH2 C
CH
O
Histidine
H
N
H
Catalytic
Site
N
O
..
CH2
CH
C= O
Serine
Chymotrypsin
O
Asp
C
O
His
H
N
N
HO
..
Ser
HO—C —CH—NH—C —CH —NH —A-A-A-A-A-A-A-AO
R
O
Hydrophobic Pocket
Chymotrypsin
O
Asp
C
O
His
H
Split
Protein
N
NH
O
Ser
C —CH —NH —A-A-A-A-A-AAA—C — CH—NH3
O
R
O
Chymotrypsin
O
Asp
C
O
His
H
N
N
O
Ser
H
O : C —CH —NH —A-A-A-A-A-A
Split AA—C —CH—NH
O R
Protein
3
H
O
Chymotrypsin
O
Asp
C
O
His
H
Broken Peptide
Bond
N
AA—C — CH—NH3
O
R
N
HO
Ser
O C —CH —NH —A-A-A-A-A-A
O
Inhibiteurs de Protéases:
Š De nombreux inhibiteurs de protéases sont des protéines avec
des domaines qui entrent dans le centre actif de la protéase et
empêchent la liaison du substrat
Š Les Serpins utilisent un méchanisme suicide pour inhibiber les
serine or cysteine proteases.
Un changement conformational induit l’hydrolyse de la serpin
empêche la reaction complète de la protéase, ce qui laisse la
serpin liée par covalence comme acyl-enzyme intermediaire.
Des inhibiteurs extracellulaires and intracellulaires and les
serpins ont diverse rôles, notamment la regulation de la
coagulation, l’inhibition de l’apoptose, etc.
DIGESTION
DIGESTION des LIPIDES
Absorption de graisses: un problem d’association de solvant
Steps in the fat
absorption process
emulsification
emulsification
micellar
micellar formation
formation
hydrolysis
hydrolysis
absorption
absorption
re-esterification
re-esterification
lipoprotein
lipoprotein
formation/transport
formation/transport
Digestion des lipides
• Les lipides alimentaires sont constitués de
– triglycérides surtout
– stérols, esters de stérols et phospholipides
• Les lipides dans l’estomac
– forment un couche huileuse dans la partie supérieure du
contenu gastrique
– vidangés plus tard et émulsifiés par la bile dans le
duodénum et l ’intestin grêle
– les lipides dans le duodénum inhibe la vidange gastrique
• Anomalies plus fréquentes
Digestion des lipides
• Digestion des lipides dans l’estomac
– Enzymes
• lipases préduodénales
– lipase linguale (peu importante)
– lipase gastrique
» une déficience en lipase gastrique ne
cause pas de malabsorption de
triglycérides à cause de l ’abondance de
lipases pancréatiques
Digestion des lipides
• Duodénum et jéjunum
– Mécanismes
• Enzymes lipolytiques hydrosolubles n ’agissent que sur
la surface des gouttelettes de lipides
• Émulsion des graisses par les acides biliaires et la
lécithine augmentent considérablement la surface
– Enzymes pancréatiques lipolytiques
• hydrolase d’ester de glycerol (lipase pancréatique)
– inactivée par les sels biliaires
• colipase
– lève l’inactivation de la lipase
• estérase de cholesterol,
• phospholipase A2
Digestion des lipides
• Malabsorption des graisses
– déficience biliaire
• absorption des triglycérides moins touchée
– insuffisance pancréatique
• absorption de l’ensemble des lipides est touchée
– atrophie intestinale
Resumé des lipases physiologiquement importantes
Lipase
Site d’Action
Lipase linguale mouth,
/acide-stable
stomach
Regulation
----
Substrat principal
TAG avec AG
chaine med.
C clivé
Produits
3
FFA+DAG
Lipase
pancreatique
intestin grele (+) colipase
TAGs avec AG
chaine longue
1&3
lipase du lait
intestin grele
(+) acides
biliaires
TAGs avec AG
chain med.
1, 2 &3 FFA+
glycerol
phospholipase
A2 (PLA2)
Intestin
grele
(+) acides
biliaires
(+) Ca2+
PLs avec AG insat.
en position 2
Lipoproteine
lipase
Paroi
capillaire
apo CII (+)
insuline (+)
TAGs ds VLDL ou
chylomicron
Lipase
hormone-sens.
adipocyte
insuline (-)
TAG stoqués dans
glucagon (+) adipocytes
Epineph. (+)
2
FFA+2MG
FFA insat
lysolecithin
1, 2 &3 FFA+
glycerol
3
FFA+DAG
Lipides: Triacylglycerols
Cholesterol esters
Phospholipids
Triacylglycerols
Linguale
Lipase
1a
Linguale Lipase
("acid-stable")
1b
FFA + DAGs
(miniscule
quantités)
BOUCHE
FFA + DAGs
(faible quantités)
ESTOMAC
ETAPE 1: Digestion dans la Bouche et dans l’Estomac
PANCREAS
EXOCRINE
CCK-PZ
stimulate
secretion
trypsinogen,
procolipase,
lipase, esterase,
HCO3-, proPLA2
Bile Acid
Synthesis
Conjugation
FFA
Bile Salt
storage
VESICULE
BILIAIRE
Pancreatic
ProPLA2
Endocrine
cell
CCK-PZ
via bloodstream
Trypsinogen
Pancreatic
lipase
INTESTIN
GRELE
duodenum/jejunum
Pancreatic
Procolipase
FOIE
CCK-PZ causes
contraction
De l’estomac
Pancreatic
esterase
Etape 2: Digestion enzymatique dans
Duodenum/Jejunum –
secretion de zymogens/sels biliaires
FFA
Endocrine
Trypsinogen
cell
Enteropeptidase
Trypsin
CCK-PZ
via bloodstream
+
INTESTIN GRELE
duodenum/jejunum
ETAPE 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum –
activation de trypsinogen
Triacylglycerol Droplet
2b
Pancreatic
lipase
Pancreatic
Procolipase
2a
Colipase
Trypsin
catalyzed
activation
FFA + 2MG
Cholesterol ester
Pancreatic
esterase
+ bile acids
Cholesterol + FFA
Pancreatic ProPLA2
Trypsin catalyzed
activation
2c
Phospholipid
(avec AG
insaturés
essentiels)
PLA2
Lysolecithin +FFA
+ acids biliaires,
Ca2+
ETAPE 2: Digestion enzymatique dans Duodenum/Jejunum –
lipase (2a), esterase (2b) and phospholipase A2 (2c) pancreatiques
FFA + 2MG
3a
3a
Stabilisé par les sels biliaires;
faible pKa des sels biliaires vs
acide biliaire maintiennent la
forme ionizée
Micelles mixed:
2MG, FFA, lysolecithin,
cholesterol, vitamins
A,D,E,K
Cholesterol + FFA
Lysolecithin +FFA
Coalescence en micelles
3a
ETAPE 3a: les acides biliaires facilitatent la formation de
Micelles mixed
INTESTIN
GRELE
duodenum/jejunum
FOIE
Circulation
enterohepatique
d’acides
biliaires
3b
Micelles
mixed
FFA,
2MG
4
3b
veine
porte
Acides
biliaires
libérés
cholesterol
lysolecithin
vitamin A
Short/medium
chain FFA
Reabsorbé
par l’ileum
ETAPE 3b: Bile Acid Recycling
ETPAE 4: Lipid Absorption
Capillaires
INTESTIN
GRELE
duodenum/jejunum
Triacylglycerol
transfer protein
B48
6b
Chylomicron
6a Coating with
To lacteals &
ductus thoracicus
vitamins
D, E, K
apolipoprotein
(with TTP)
Triacylglycerol
5
Cholesterol
ester
Phospholipid
ACAT
reesterification
FFA,
2MG
ETAPE 5: Re-esterification
ETAPE 6: ASSEMBLAGE de
Chylomicron & Export
cholesterol
lysolecithin
vitamin A
Acyl CoA:
cholesterol acyl
transferase
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